[发明专利]基于L1自适应控制的四旋翼直升机轨迹跟踪控制方法

权利要求书

1.一种基于L₁自适应控制的四旋翼直升机轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤S1、在惯性坐标系中建立四旋翼直升机的数学模型，该数学模型包含位置子系统的位置数学模型和姿态子系统的姿态数学模型；

步骤S2、规划一个连续光滑轨迹r(t)＝r+rt+rt²+rt³作为四旋翼直升机的参考信号，实现四旋翼直升机在规定时间内的稳定跟踪；

步骤S3、设计位置子系统的L₁自适应轨迹跟踪控制器，得到位置子系统的控制输入信号；

步骤S4、由位置子系统的L₁自适应轨迹跟踪控制器提取获得期望的俯仰角和滚转角，并计算得到四旋翼直升机总的升力；

步骤S5、设计姿态子系统的L₁自适应轨迹跟踪控制器，得到四旋翼直升机总的输入力矩。

2.如权利要求1所述的基于L₁自适应控制的四旋翼直升机轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述的步骤S1中，所述的位置子系统的位置数学模型为：

其中，p＝[x,y,z]^T表示四旋翼直升机相对于惯性坐标系的绝对位置，m表示直升机的质量，v＝[v_x,v_y,v_z]^T表示在地坐标系下的速度矢量，g表示重力加速度常数，e₃＝[0,0,1]^T表示z_e轴上的单位向量，T是四旋翼直升机转子的总推力，是惯性坐标系下的外界扰动；

所述的姿态子系统的姿态数学模型为：

其中，表示欧拉角(滚转角，俯仰角，偏航角)，表示四旋翼在机体坐标系下的转动惯量，W是反对称矩阵，Ω＝[ω_xb,ω_yb,ω_zb]^T表示四旋翼在机体系下的角速度，τ表示四旋翼在机体系下的三轴力矩，τ_c是机体坐标系下的外界扰动，J表示四旋翼在机体坐标系下的转动惯量。

3.如权利要求2所述的基于L₁自适应控制的四旋翼直升机轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述的步骤S2中，

规划一个连续光滑轨迹r(t)＝[x_c,y_c,z_c]^T作为四旋翼直升机的参考信号，由以下多项式产生：

r(t)＝r+rt+rt²+rt³

首先考虑沿惯性坐标系的x_e轴方向的轨迹：

x_c(t)＝a₀+a₁t+a₂t²+a₃t³

为了在时间t_f到达x_e方向指定的位置H_x(t_f)，根据初始条件选择参数如下：

同理，可以获得y_e轴方向的多项式曲线：

y_c(t)＝b₀+b₁t+b₂t²+b₃t³

式中：H_y(t_f)是y_e轴方向期望到达的位置。